Analisi approfondita del livello di precisione e dei requisiti di accuratezza della lavorazione per le parti chiave delle macchine utensili CNC
Nella produzione moderna, le macchine utensili CNC sono diventate le attrezzature principali per la produzione di vari componenti di precisione, grazie alla loro elevata precisione, elevata efficienza e alto grado di automazione. Il livello di precisione delle macchine utensili CNC determina direttamente la qualità e la complessità dei componenti che possono lavorare, e i requisiti di precisione di lavorazione per le parti chiave di componenti tipici giocano un ruolo decisivo nella scelta delle macchine utensili CNC.
Le macchine utensili CNC possono essere classificate in diverse tipologie in base al loro utilizzo, tra cui semplici, completamente funzionali, ultra precise, ecc. Ogni tipologia può raggiungere diversi livelli di precisione. Le macchine utensili CNC semplici sono ancora utilizzate in alcuni torni e fresatrici, con una risoluzione minima di movimento di 0,01 mm e una precisione di movimento e lavorazione solitamente superiore a (0,03-0,05) mm. Questo tipo di macchina utensile è adatto per alcune lavorazioni con requisiti di precisione relativamente bassi.
Le macchine utensili CNC ad altissima precisione sono utilizzate principalmente in lavorazioni meccaniche speciali e la loro precisione può raggiungere livelli sorprendenti, inferiori a 0,001 mm. Queste macchine utensili ad altissima precisione possono produrre componenti estremamente precisi, soddisfacendo i severi requisiti di settori all'avanguardia e ad alta precisione come l'aerospaziale e le apparecchiature medicali.
Oltre alla classificazione in base allo scopo, le macchine utensili CNC possono essere classificate anche in tipologie ordinarie e di precisione in base alla precisione. Quando si testa la precisione delle macchine utensili CNC, si considerano solitamente 20-30 parametri. Tuttavia, i parametri più rappresentativi e caratteristici includono principalmente la precisione di posizionamento su singolo asse, la precisione di posizionamento ripetuto su singolo asse e la rotondità del pezzo di prova prodotto da due o più assi di lavorazione collegati.
La precisione di posizionamento di un singolo asse si riferisce all'intervallo di errore durante il posizionamento di qualsiasi punto all'interno della corsa dell'asse ed è un indicatore chiave che riflette direttamente la capacità di precisione di lavorazione della macchina utensile. Attualmente, esistono alcune differenze nelle normative, nelle definizioni, nei metodi di misurazione e nei metodi di elaborazione dei dati di questo indicatore tra i vari paesi del mondo. Nell'introduzione di dati campione per vari tipi di macchine utensili CNC, gli standard comuni includono l'American Standard (NAS), gli standard raccomandati dall'American Machine Tool Manufacturers Association, lo Standard tedesco (VDI), lo Standard giapponese (JIS), l'Organizzazione internazionale per la standardizzazione (ISO) e lo Standard nazionale cinese (GB).
È importante notare che, tra questi standard, quello giapponese specifica il valore più basso. Il metodo di misurazione si basa su un singolo set di dati stabili, quindi il valore di errore viene dimezzato prendendo un valore ±. Pertanto, la precisione di posizionamento misurata utilizzando i metodi di misurazione standard giapponesi spesso differisce di oltre il doppio rispetto ai risultati misurati utilizzando altri standard. Tuttavia, altri standard, sebbene diversi nell'elaborazione dei dati, seguono tutti la legge della statistica degli errori per analizzare la precisione di misurazione e posizionamento. Ciò significa che per un certo errore del punto di posizionamento in una corsa dell'asse controllabile di una macchina utensile CNC, dovrebbe riflettere la situazione di errore di migliaia di volte di posizionamento durante l'utilizzo a lungo termine della macchina utensile. Tuttavia, nella misurazione effettiva, a causa delle limitazioni delle condizioni, è possibile effettuare solo un numero limitato di misurazioni (solitamente 5-7 volte).
La precisione di posizionamento ripetuto di un singolo asse riflette in modo completo la precisione complessiva di ogni componente mobile dell'asse, in particolare per quanto riguarda la stabilità di posizionamento dell'asse in qualsiasi punto all'interno della corsa, il che è di grande importanza. È un indicatore fondamentale per valutare se l'asse può funzionare in modo stabile e affidabile. Nei moderni sistemi CNC, il software dispone solitamente di funzioni avanzate di compensazione degli errori, in grado di compensare stabilmente gli errori di sistema di ciascun collegamento della catena di trasmissione dell'avanzamento.
Ad esempio, il gioco, la deformazione elastica e la rigidità di contatto di ciascun anello della catena di trasmissione mostreranno movimenti istantanei diversi a seconda di fattori quali l'entità del carico sul banco di lavoro, la lunghezza della distanza di movimento e la velocità di posizionamento del movimento. In alcuni sistemi servo di alimentazione ad anello aperto e semi-chiuso, i componenti meccanici di azionamento, dopo la misurazione, saranno influenzati da vari fattori accidentali, con conseguenti errori casuali significativi. Ad esempio, l'allungamento termico delle viti a sfere può causare una deriva nella posizione di posizionamento effettiva del banco di lavoro.
Per valutare in modo completo le prestazioni di precisione delle macchine utensili CNC, oltre agli indicatori di precisione monoasse sopra menzionati, è fondamentale valutare anche la precisione della lavorazione di collegamenti multiasse. La precisione della fresatura di superfici cilindriche o di scanalature a spirale spaziali (filettature) è un indicatore che può valutare in modo completo le caratteristiche di movimento servo-inseguimento degli assi CNC (a due o tre assi) e la funzione di interpolazione dei sistemi CNC nelle macchine utensili. Il metodo di valutazione più comune consiste nel misurare la rotondità della superficie cilindrica lavorata.
Nel taglio di prova delle macchine utensili CNC, la fresatura con il metodo di lavorazione obliqua a quattro lati è un metodo efficace di valutazione, che può essere utilizzato per valutare la precisione di due assi controllabili nel movimento di interpolazione lineare. Durante questo taglio di prova, la fresa utilizzata per la lavorazione di precisione viene installata sul mandrino della macchina utensile e il campione circolare posizionato sul banco di lavoro viene fresato. Per le macchine utensili di piccole e medie dimensioni, i campioni circolari vengono generalmente selezionati con un prezzo compreso tra ¥ 200 e ¥ 300. Dopo aver completato la fresatura, posizionare il campione su un misuratore di rotondità e misurare la rotondità della sua superficie lavorata.
Osservando e analizzando i risultati di lavorazione, è possibile ottenere numerose informazioni importanti sulla precisione e sulle prestazioni delle macchine utensili. Se sulla superficie cilindrica fresata sono presenti evidenti modelli di vibrazione della fresa, ciò riflette l'instabilità della velocità di interpolazione della macchina utensile; se si verifica un errore ellittico significativo nella rotondità prodotta dalla fresatura, ciò indica che i guadagni dei due sistemi di assi controllabili per il movimento di interpolazione non corrispondono; su una superficie circolare, se sono presenti segni di arresto nei punti in cui ciascun asse controllabile cambia direzione (ad esempio, nel movimento di taglio continuo, se il movimento di avanzamento si arresta in una certa posizione, l'utensile formerà una piccola sezione di segni di taglio metallici sulla superficie di lavorazione), ciò indica che i giochi avanti e indietro dell'asse non sono stati regolati correttamente.
La valutazione della precisione delle macchine utensili CNC è un processo complesso e difficile, e alcune richiedono addirittura una valutazione accurata al termine della lavorazione. Questo perché la precisione delle macchine utensili è influenzata da una combinazione di diversi fattori, tra cui la progettazione strutturale della macchina utensile, la precisione di fabbricazione dei componenti, la qualità dell'assemblaggio, le prestazioni dei sistemi di controllo e le condizioni ambientali durante il processo di lavorazione.
In termini di progettazione strutturale delle macchine utensili, una disposizione strutturale ragionevole e un design rigido possono ridurre efficacemente le vibrazioni e le deformazioni durante il processo di lavorazione, migliorando così la precisione di lavorazione. Ad esempio, l'utilizzo di materiali ad alta resistenza per il basamento, strutture ottimizzate per colonne e traverse, ecc., può contribuire a migliorare la stabilità complessiva della macchina utensile.
Anche la precisione di fabbricazione dei componenti gioca un ruolo fondamentale nella precisione delle macchine utensili. La precisione di componenti chiave come viti a ricircolo di sfere, guide lineari e mandrini determina direttamente la precisione di movimento di ciascun asse della macchina utensile. Le viti a ricircolo di sfere di alta qualità garantiscono un movimento lineare preciso, mentre le guide lineari ad alta precisione garantiscono una guida fluida.
Anche la qualità dell'assemblaggio è un fattore importante che influenza la precisione delle macchine utensili. Nel processo di assemblaggio della macchina utensile, è necessario controllare rigorosamente parametri quali precisione di accoppiamento, parallelismo e verticalità tra i vari componenti per garantire la corretta relazione di movimento tra le parti mobili della macchina utensile durante il funzionamento.
Le prestazioni del sistema di controllo sono fondamentali per la precisione del controllo delle macchine utensili. I sistemi CNC avanzati possono ottenere un controllo di posizione, di velocità e di interpolazione più preciso, migliorando così la precisione di lavorazione delle macchine utensili. Allo stesso tempo, la funzione di compensazione degli errori del sistema CNC può fornire una compensazione in tempo reale per vari errori della macchina utensile, migliorando ulteriormente la precisione di lavorazione.
Anche le condizioni ambientali durante il processo di lavorazione possono influire sulla precisione della macchina utensile. Le variazioni di temperatura e umidità possono causare dilatazioni e contrazioni termiche dei componenti della macchina utensile, compromettendo così la precisione della lavorazione. Pertanto, nelle lavorazioni ad alta precisione, è solitamente necessario controllare attentamente l'ambiente di lavorazione e mantenere temperatura e umidità costanti.
In sintesi, la precisione delle macchine utensili CNC è un indicatore completo, influenzato dall'interazione di numerosi fattori. Nella scelta di una macchina utensile CNC, è necessario considerare fattori quali il tipo di macchina, il livello di precisione, i parametri tecnici, nonché la reputazione e il servizio post-vendita del produttore, in base ai requisiti di precisione di lavorazione dei componenti. Allo stesso tempo, durante l'utilizzo della macchina utensile, è necessario eseguire regolarmente test di precisione e manutenzione per identificare e risolvere tempestivamente eventuali problemi, assicurando che la macchina utensile mantenga sempre una buona precisione e fornendo garanzie affidabili per la produzione di componenti di alta qualità.
Con il continuo progresso tecnologico e il rapido sviluppo della produzione, anche i requisiti di precisione delle macchine utensili CNC sono in costante aumento. I produttori di macchine utensili CNC sono costantemente impegnati nella ricerca e nell'innovazione, adottando tecnologie e processi più avanzati per migliorare la precisione e le prestazioni delle macchine utensili. Allo stesso tempo, gli standard e le specifiche di settore pertinenti vengono costantemente migliorati, fornendo una base più scientifica e unificata per la valutazione della precisione e il controllo qualità delle macchine utensili CNC.
In futuro, le macchine utensili CNC si svilupperanno verso una maggiore precisione, efficienza e automazione, fornendo un supporto più forte alla trasformazione e all'aggiornamento dell'industria manifatturiera. Per le imprese manifatturiere, una profonda comprensione delle caratteristiche di precisione delle macchine utensili CNC, nonché una selezione e un utilizzo oculati delle stesse, saranno la chiave per migliorare la qualità del prodotto e accrescere la competitività sul mercato.